Файл: Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания..pdf

РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК СТУПЕНИ С УЧЕТОМ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПО ВЫСОТЕ ЛОПАТОК

Распределение параметров движущегося газа по различным струйкам тока под действием сил от лопаток, от ограничиваю­ щих поверхностей, от давления газов, а также от инерционных сил описывается системой дифференциальных уравнений движе­ ния, энергии и неразрывности.

Ввиду большой трудоемкости решения пространственной задачи по определению линий тока на всех режимах работы ступени при расчете характеристик по интегральным соотноше­ ниям вводятся упрощающие допущения. В результате совмест­

неизменным на всех режимах. Изменение коэффициентов ф и ф по радиусу выбирается на основе опытных данных для близких по типу ступеней.

При заданных пт и ѵ по этому уравнению определяют вели­ чину р, для чего кольцевое сечение на выходе разбивается на

равные участки (рис. 87), в каждом из которых можно считать известными ß2, фо, |х. Задавая несколько значений р, подсчиты­ вают левую и правую части уравнения (126) и находят степень реактивности, соответствующую их равенству. Из уравнений (108), (112), (116) для каждой струйки с учетом потерь на удар

предварительно определяют ции фц т|адг.

Приведенный расход газа через турбину находят по форму­

Рис. 87. Схема центростре­ мительной турбины и рас­ пределения струек тока в рабочем колесе (в первом приближении):

1 — сопловые лопатки

Так как потери энергии в центростремительной турбине зависят от относительной доли перепада, сработанного за счет разницы окружных скоростей на входе и выходе из колеса, то на к. п. д. ступени заметно влияет распределение расхода и по­ терь по радиусу выходного сечения. Поток газа в рабочем колесе центростремительной турбины совершает поворот, что вызывает увеличение коэффициента потерь в периферийных струйках тока по сравнению с центральными и прикорневыми. В результате коэффициенты потерь распределяются по радиусу неравномер­ но, что подтверждается опытами [23].

По данным Г. Ш. Розенберга [32], потери у корня составляют 1—3%, у периферии они достигают 10% полного перепада дав­ лений. Поэтому для уменьшения потерь рабочее колесо надо профилировать таким образом, чтобы увеличить расход в при­ корневой зоне [23].

На рис. 88 приведены рассчитанные на ЭВМ характеристики двух ступеней с различным распределением углов ß2 по радиусу. Различие в к. п. д., достигающее 2%, подтверждает необходи­ мость интегрального определения характеристик ЦСТ.

152

При расчете характеристик осевой ступени по интегральным

соотношениям необходимо предварительно найти распределение степени реактивности по радиусу.

Для этого целесообразно использовать простые зависимости вида (124).

Показатель степени п в уравнении (124), определенный по

экспериментальным данным для турбокомпрессора ТК-34, отли­ чается на 0,10—0,15 от значе­

нале, где мала степень реактивности. Сопротивление у корня ра­ бочих лопаток возрастает и поток отжимается к периферии. В результате в межвенцовом зазоре уменьшается изменение р. по радиусу.

п

0,75

0,70

0,65

Рис. 89. Зависимость п от Хіт при различных ѵ

Использование интегральных соотношений позволяет точнее рассчитывать расходную характеристику осевой ступени в обла­ сти критических перепадов. На режимах, близких к критическо­ му, приведенный-, расход, подсчитанный по средним параметрам, оказывается на 2—3% меньше, чем расход, определенный по интегральным соотношениям с учетом изменения параметров по радиусу.

153

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНОЙ ТУРБИНЫ НА ПЕРЕМЕННЫХ РЕЖИМАХ

Работа центростремительной турбины имеет ряд особенно­ стей, которые необходимо учитывать при анализе ее характе­ ристик.

Течение газа в безлопаточном конфузоре. В сопловом аппа­ рате (см. рис. 87) ускорение потока происходит как в сопловой решетке, так и в безлопаточной части — безлопаточном конфу­ зоре (БК).

Согласно экспериментальным исследованиям круговых решеток [13, 32], коэффициент потерь в лопатках соплового ап­ парата £і = 0,06^-0,12. При расчете параметров перед колесом необходимо учесть дополнительное изменение угла потока и коэффициента потерь в БК в зависимости от числа Мі.

Рассмотрим газовый поток в БК, на который действуют силы трения II давления. Силы трения вдоль торцовых стенок условно распределим на всю массу газа, т. е. будем рассматривать их как объемные силы.

Движение газа под действием сил давления и объемных сил описывается уравнением Эйлера [21], которое для установивше­ гося потока в БК с плоскими стенками в проекциях на окружное направление принимает вид

др

ІІ= —2т---- Cosa; AF = nDAr— элементарная поверхность тре-

—t j — ^

154